JP6496080B2 - Piezoelectric sensor - Google Patents
Piezoelectric sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP6496080B2 JP6496080B2 JP2018507342A JP2018507342A JP6496080B2 JP 6496080 B2 JP6496080 B2 JP 6496080B2 JP 2018507342 A JP2018507342 A JP 2018507342A JP 2018507342 A JP2018507342 A JP 2018507342A JP 6496080 B2 JP6496080 B2 JP 6496080B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- memory
- housing
- output
- clip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
- G01L9/06—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of piezo-resistive devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
- G01L23/08—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically
- G01L23/10—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid operated electrically by pressure-sensitive members of the piezoelectric type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
- G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
- G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
- G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
- G01L9/08—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of piezoelectric devices, i.e. electric circuits therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Description
本発明は、圧電素子によって物理量を測定し、測定結果の電流信号を積分し、増幅して出力する圧電センサに関するものである。 The present invention relates to a piezoelectric sensor that measures a physical quantity with a piezoelectric element, integrates a current signal of a measurement result, amplifies it, and outputs it.
物理的な変形量に応じて電荷が発生する圧電素子を使用した圧電センサは、感度に優れ、また高温環境下でも精度が落ちないため、エンジンの燃焼圧を測定するセンサとして多く用いられている。 Piezoelectric sensors that use piezoelectric elements that generate charges according to the amount of physical deformation are often used as sensors for measuring engine combustion pressure because they have excellent sensitivity and do not lose accuracy even in high-temperature environments. .
図3は、従来の圧電センサの構成の一例を示す図である。図3において301は圧電素子を、302は直流遮断容量を、303は放電抵抗を、304は充電容量を、305は積分用演算アンプを、312はフィードバック端子を、313は信号出力端子を、315は信号入力端子を、306は基準電圧源を、307は増幅抵抗aを、308は増幅抵抗bを、309は増幅用演算アンプを、310は集積回路を、それぞれ示している。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of a conventional piezoelectric sensor. In FIG. 3, 301 is a piezoelectric element, 302 is a DC blocking capacity, 303 is a discharge resistance, 304 is a charging capacity, 305 is an operational amplifier for integration, 312 is a feedback terminal, 313 is a signal output terminal, 315 Denotes a signal input terminal, 306 denotes a reference voltage source, 307 denotes an amplification resistor a, 308 denotes an amplification resistor b, 309 denotes an operational amplifier for amplification, and 310 denotes an integrated circuit.
圧電素子301は、その表面に一対の電極を有しており、圧電素子301に加わった応力に応じてその電極から電荷信号を出力する。圧電素子301は、前記電極から配線を引き回して回路ブロックに入力する構成は非常に複雑になるため、図3に示すように、電極の一方を接地して、他方の電極から信号を取る構成が一般に用いられている。他方の電極は直流遮断容量302を介して積分用演算アンプ305の負側入力端子に接続されている。
The
積分用演算アンプ305は、負側入力端子と出力端子との間に充電容量304と放電抵抗303が並列に接続され、正側入力端子に基準電圧源306が接続されており、積分用演算アンプ305と充電容量304、放電抵抗303によって積分回路が構成されている。
The integration
圧電素子301から出力された交流電荷信号は、直流成分をカットするための直流遮断容量302を経て、積分用演算アンプ305の入出力間に設けられた充電容量304に蓄積され、積分された電圧信号Vo1に変換される。ここで、積分用演算アンプ305に高入力インピーダンスのものを使用することで、圧電素子301の電荷信号が微小な場合でも正確に検知することが可能となる。放電抵抗303は、交流電荷信号の正負バランスが均等でない場合に、充電容量304が飽和してしまうことを防止するために設けられており、充電容量304と放電抵抗303により決まる充放電時定数は、検知信号の周期に比べて十分に長い必要がある。
The AC charge signal output from the
基準電圧源306は、積分回路および増幅回路に所定のバイアス電圧を与えるためのものであり、トランジスタのバンドギャップ電圧を利用した電圧レギュレータ回路等が一般に使用される。
The
積分用演算アンプ305の後段には、積分用演算アンプ305の出力信号Vo1を増幅し、圧電センサとしての出力信号Voutを出力する増幅回路が設けられている。増幅回路は、増幅用演算アンプ309、増幅抵抗a307、および増幅抵抗b308によって構成され、増幅用演算アンプ309の負側入力端子と出力端子との間に増幅抵抗b308が接続され、正側入力端子には増幅抵抗a307を介して基準電圧源306が接続された構成となっている。
An amplifier circuit that amplifies the output signal Vo1 of the integration
回路ブロックは、ディスクリート部品で構成することも可能であるが、スペース的にも、コスト的にも単一の集積回路に作り込んだ方が有利である。図3に示す従来例においては、積分用演算アンプ305、増幅用演算アンプ309、基準電圧源306、増幅抵抗a307および増幅抵抗b308が集積回路化され集積回路310として構成されている。回路ブロックを単一集積回路化する場合でも、充電容量304と放電抵抗303は集積回路310の外部に設けられることが一般的である。これは通常、充電容量304と放電抵抗303の値が大きいため、集積回路310の内部に作り込むことが難しいためである。集積回路310とその外部との接続箇所には入出力端子が設けられ、積分用演算アンプ305と圧電素子301の接続箇所は信号入力端子315、積分用演算アンプ305の出力と放電抵抗303、充電容量304との接続箇所はフィードバック端子312、増幅用演算アンプ309の出力と外部との接続箇所は信号出力端子313が備えられている。
The circuit block can be composed of discrete components, but it is advantageous to build it into a single integrated circuit in terms of space and cost. In the conventional example shown in FIG. 3, an integration
図5は、従来の圧電センサの別の例を示す図である。圧電センサは、圧電素子501と、積分用演算アンプ505、放電抵抗503、充電容量504とで構成された積分回路、基準電圧源506、増幅用演算アンプ509を備えている。図3で示す従来例においては、充電容量304と放電抵抗303は積分用演算アンプ305の入出力間に設けられているが、図5に示す圧電センサでは、積分用演算アンプ505の正側入力端子と基準電圧源506との間に充電容量504と放電抵抗503を設けた構成である。また、図3において増幅回路は一段構成の正転増幅回路であるが、この例では、増幅用演算アンプ509の負側入力端子に積分用演算アンプ505の出力信号が増幅抵抗a507を介して入力され、負側入力端子と出力端子との間に増幅抵抗b508を接続し、正側入力端子は基準電圧源506と接続された一段構成の反転増幅回路で構成されている。増幅回路は多段構成とすることも可能である。
FIG. 5 is a diagram showing another example of a conventional piezoelectric sensor. The piezoelectric sensor includes an integration circuit including a
圧電センサの出力信号Voutの製品ごとの測定感度のバラつきは、できるだけ小さく抑える必要がある。しかし圧電素子から発生する電荷信号の大きさは、圧電素子結晶の生成過程のわずかな違いや加工精度によって、発生する電荷に比較的大きな差異が発生し、圧電センサの出力信号Voutに要求される精度を満たすことは難しい。 The variation in the measurement sensitivity of the output signal Vout of the piezoelectric sensor for each product needs to be minimized. However, the magnitude of the charge signal generated from the piezoelectric element has a relatively large difference in the generated charge due to slight differences in the generation process of the piezoelectric element crystal and processing accuracy, and is required for the output signal Vout of the piezoelectric sensor. It is difficult to meet accuracy.
このため、増幅回路に増幅率の調整機構を設けて、センサ組立て工程において増幅率の調整を行い、出力信号Voutの精度を確保することが、一般に行われている。 For this reason, it is a common practice to provide a gain adjusting mechanism in the amplifier circuit and adjust the gain in the sensor assembly process to ensure the accuracy of the output signal Vout.
図4は増幅率調整のためのラダー抵抗の一例であり、抵抗Rfと直列接続された4段の抵抗回路(R1〜R4)から構成されている。各段における抵抗回路のP1からP4の配線を切断することによって、最小となるRfから最大となるRf+R1+R2+R3+R4の16通りの抵抗値に設定することができる。このラダー抵抗を、増幅抵抗a、または増幅抵抗b、もしくはその両方に使用し、P1からP4の配線を、レーザーやエンドミルで切断することにより、増幅率の調整を行うことができる。 FIG. 4 is an example of a ladder resistor for adjusting the amplification factor, and is composed of a four-stage resistor circuit (R1 to R4) connected in series with the resistor Rf. By cutting the wiring from P1 to P4 of the resistance circuit at each stage, 16 resistance values can be set from the minimum Rf to the maximum Rf + R1 + R2 + R3 + R4. By using the ladder resistor as the amplification resistor a, the amplification resistor b, or both, and cutting the wirings P1 to P4 with a laser or an end mill, the amplification factor can be adjusted.
また増幅抵抗a、または増幅抵抗b、もしくはその両方に、市販のレーザートリマブル抵抗を使用して、レーザーで抵抗値を調節する方法もある。 There is also a method in which a commercially available laser trimmable resistor is used for the amplification resistor a, the amplification resistor b, or both, and the resistance value is adjusted with a laser.
しかしこれらの調整方法は、センサ完成状態で、増幅率の調整ができないという問題点がある。図6は、圧電センサの一例である燃焼圧センサの構造を示した分解斜視図である。フロントハウジング603の先端部には、燃焼圧力を圧電素子604に伝えるためのダイヤフラムヘッド601が設けられ、また中程には燃焼圧センサを、エンジンに固定するための固定ネジ602が設けられている。圧電素子604と導線605、回路基板606、回路ケース607は、フロントハウジング603と、リアハウジング609中に収められ、フロントハウジング603とリアハウジング609が溶接され、燃焼圧センサとして構成されている。
However, these adjustment methods have a problem that the amplification factor cannot be adjusted when the sensor is completed. FIG. 6 is an exploded perspective view showing the structure of a combustion pressure sensor which is an example of a piezoelectric sensor. A
増幅率の調整を上記のように基板配線切断やレーザートリマブル抵抗で行う場合、回路基板606は外部に露出している必要があり、リアハウジング609を取り付けない半完成状態にて増幅率調整を行い、その後リアハウジング609の取り付け、溶接を行う。
When the gain adjustment is performed by cutting the substrate wiring or using the laser trimmable resistor as described above, the
このような製造手順は、工程が複雑になり、製造コストの上昇につながる。また完成品とは異なる状態で増幅率調整を行うため、完成品の状態における増幅率が調整時の増幅率と異なる場合があり、所望の増幅率に正しく設定されないという問題も発生する。 Such a manufacturing procedure complicates the process and leads to an increase in manufacturing cost. Further, since the amplification factor is adjusted in a state different from that of the finished product, the amplification factor in the state of the finished product may be different from the amplification factor at the time of adjustment, and there is a problem that the desired amplification factor is not set correctly.
また増幅率の調整は、センサに実際に圧力等を加えて出力をモニタしながら行うのが一般的であるが、上記方法の場合、切断したパターンや、書込んだトリマブル抵抗は元に戻せないため、高精度の調整が難しいという問題もある。 The gain is generally adjusted while actually applying pressure to the sensor and monitoring the output. However, in the case of the above method, the cut pattern and the written trimmable resistance cannot be restored. Therefore, there is a problem that it is difficult to adjust with high accuracy.
本発明は、以上の課題を解決するために成されたもので、製品完成状態において、短時間で高精度に増幅率等の調整を行うことが可能な圧電センサを提供することが目的である。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a piezoelectric sensor capable of adjusting an amplification factor and the like with high accuracy in a short time in a finished product state. .
上記課題を解決するため、本発明の圧電センサは、圧力を検知するための圧電素子と、前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、前記増幅回路の増幅率を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源および前記メモリを内部に収容する筐体と、一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子とを備えている。
この圧電センサにおいて、前記増幅回路は、増幅用演算アンプと可変抵抗とを有しており、前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することを特徴とすることができる。
また、前記基準電圧源は、前記オフセット電圧を設定するための他の可変抵抗を有しており、前記メモリは、前記オフセット電圧を設定するための前記他の可変抵抗の情報をさらに記憶することを特徴とすることができる。
また、前記筐体の内部に収容され、前記増幅回路の出力を規定範囲に制限するためのクリップ回路をさらに備え、前記クリップ回路は、クリップ電圧を設定するための別の可変抵抗を有しており、前記メモリは、前記クリップ電圧を設定するための前記別の可変抵抗の情報をさらに記憶することを特徴とすることができる。
また、前記書込み端子が、前記筐体の内部に収容された前記積分回路および前記増幅回路と当該筐体の外部とを接続する外部接続用コネクタに設けられていることを特徴とすることができる。
In order to solve the above problems, a piezoelectric sensor according to the present invention includes a piezoelectric element for detecting pressure, an integration circuit that integrates a current signal output from the piezoelectric element into a voltage signal, and Amplifying circuit for amplifying output and outputting to outside, reference voltage source for defining offset voltage of output signal outputted from said amplifying circuit, and writable memory for storing information for setting amplification factor of said amplifying circuit A housing that houses the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source, and the memory, one end connected to the memory housed inside the housing, and the other end is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, the information and a write terminal for writing to the memory.
In this piezoelectric sensor, the amplifier circuit includes an amplification operational amplifier and a variable resistor, and the memory stores information on the variable resistor.
The reference voltage source includes another variable resistor for setting the offset voltage, and the memory further stores information on the other variable resistor for setting the offset voltage. Can be characterized.
The clip circuit further includes a clip circuit that is housed in the housing and limits the output of the amplifier circuit to a specified range, and the clip circuit includes another variable resistor for setting a clip voltage. The memory may further store information on the another variable resistor for setting the clip voltage.
The writing terminal may be provided on an external connection connector that connects the integrating circuit and the amplifier circuit housed in the housing to the outside of the housing. .
また、本発明の圧電センサは、圧力を検知するための圧電素子と、前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、前記基準電圧源の前記オフセット電圧を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源および前記メモリを内部に収容する筐体と、一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子とを備えている。
この圧電センサにおいて、前記基準電圧源は、前記オフセット電圧を、可変抵抗を用いて規定しており、前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することを特徴とすることができる。
The piezoelectric sensor of the present invention is a piezoelectric element for detecting pressure, an integration circuit that integrates a current signal output from the piezoelectric element and converts it into a voltage signal, and amplifies the output of the integration circuit, an amplifier circuit for outputting to the outside, a reference voltage source which defines the offset voltage of an output signal output from said amplifying circuit, and writable memory for storing information for setting the offset voltage of the reference voltage source, the A housing that houses the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source, and the memory inside, and one end connected to the memory housed inside the housing, and the other end It is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, the information and a write terminal for writing to the memory.
In this piezoelectric sensor, the reference voltage source may define the offset voltage using a variable resistor, and the memory may store information on the variable resistor .
また、本発明の圧電センサは、圧力を検知するための圧電素子と、前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、前記増幅回路の出力を規定範囲に制限するためのクリップ回路と、前記クリップ回路のクリップ電圧を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源、前記クリップ回路および前記メモリを内部に収容する筐体と、一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子とを備えている。
この圧電センサにおいて、前記クリップ回路は、前記クリップ電圧を、可変抵抗を用いて規定しており、前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することを特徴とすることができる。
The piezoelectric sensor of the present invention is a piezoelectric element for detecting pressure, an integration circuit that integrates a current signal output from the piezoelectric element and converts it into a voltage signal, and amplifies the output of the integration circuit, An amplifier circuit that outputs to the outside, a reference voltage source that defines an offset voltage of the output signal output from the amplifier circuit, a clip circuit for limiting the output of the amplifier circuit to a specified range, and a clip of the clip circuit A writable memory for storing information for setting a voltage ; a housing for housing the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source, the clip circuit, and the memory; and one end of the housing is connected to the memory housed within the body, the other end is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, the writing end for writing the information in the memory It is equipped with a door.
In this piezoelectric sensor, the clip circuit defines the clip voltage using a variable resistor, and the memory stores information on the variable resistor .
本発明によれば、製品完成状態において、短時間で、高精度の増幅率調整が行える圧電センサを提供することが可能である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to provide the piezoelectric sensor which can adjust an amplification factor with high precision in a short time in a product completion state.
本発明の圧電センサについて、その具体的な実施形態を図面に基づいて説明する。 A specific embodiment of the piezoelectric sensor of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施例を示す図である。図3に示す従来例と同一の構成については一部説明を省略して説明する。図1において101は圧電素子を、102は直流遮断容量を、103は放電抵抗を、104は充電容量を、105は積分用演算アンプを、112はフィードバック端子を、113は信号出力端子を、115は信号入力端子を、106は基準電圧源を、107は増幅抵抗aを、108は増幅抵抗bを、109は増幅用演算アンプを、110は集積回路を、111は不揮発性メモリをそれぞれ示している。 FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. The same configuration as that of the conventional example shown in FIG. In FIG. 1, 101 is a piezoelectric element, 102 is a DC blocking capacity, 103 is a discharge resistance, 104 is a charging capacity, 105 is an operational amplifier for integration, 112 is a feedback terminal, 113 is a signal output terminal, 115 Is a signal input terminal, 106 is a reference voltage source, 107 is an amplification resistor a, 108 is an amplification resistor b, 109 is an operational amplifier for amplification, 110 is an integrated circuit, and 111 is a nonvolatile memory. Yes.
圧電素子101は、その表面に一対の電極を有しており、圧電素子101に加わった応力に応じてその電極から電荷信号を出力する。圧電素子101は、電極の一方を接地し、他方の電極は直流遮断容量102を介して積分用演算アンプ105の負側入力端子に接続されている。
The piezoelectric element 101 has a pair of electrodes on its surface, and outputs a charge signal from the electrodes in accordance with the stress applied to the piezoelectric element 101. The piezoelectric element 101 has one electrode grounded, and the other electrode connected to the negative input terminal of the integration
積分用演算アンプ105は、負側入力端子と出力端子との間に充電容量104と放電抵抗103が並列に接続され、正側入力端子に基準電圧源106が接続されており、積分用演算アンプ105と充電容量104、放電抵抗103によって積分回路が構成されている。
The integration
圧電素子101から出力された交流電荷信号は、直流成分をカットするための直流遮断容量102を経て、積分用演算アンプ105の入出力間に設けられた充電容量104に蓄積され、積分された電圧信号Vo1に変換される。
The AC charge signal output from the piezoelectric element 101 is accumulated in the charging
基準電圧源106は、積分回路および増幅回路に所定のバイアス電圧を与えるためのものである。
The
積分用演算アンプ105の後段には、積分用演算アンプ105の出力信号Vo1を増幅し、圧電センサとしての出力信号Voutを出力する増幅回路が設けられている。増幅回路は、増幅用演算アンプ109、増幅抵抗a107、および増幅抵抗b108によって構成され、増幅用演算アンプ109の負側入力端子と出力端子との間に増幅抵抗b108が接続され、正側入力端子には増幅抵抗a107を介して基準電圧源106が接続された構成となっている。
An amplifier circuit that amplifies the output signal Vo1 of the integration
本実施例においては、積分用演算アンプ105、増幅用演算アンプ109、基準電圧源106、増幅抵抗a107および増幅抵抗b108が集積回路化され集積回路110として構成されている。また、集積回路110には、増幅回路の増幅率を設定する情報を記憶する不揮発性メモリ111を備えている。集積回路110とその外部との接続箇所には入出力端子が設けられ、積分用演算アンプ105と圧電素子101の接続箇所は信号入力端子115、積分用演算アンプ105の出力と放電抵抗103、充電容量104との接続箇所はフィードバック端子112、増幅用演算アンプ109の出力と外部との接続箇所は信号出力端子113、さらに不揮発性メモリ111に外部から情報を書き込むための書込み端子114を備えている。
In this embodiment, an integration
本実施例の特徴は、集積回路110内に増幅回路の増幅率を設定する情報を記憶する不揮発性メモリ111を備え、不揮発性メモリ111に書込み端子114より情報を入力し、その情報により増幅抵抗a107の値が制御され、検知信号の増幅率を可変することができることである。増幅抵抗a107は、その値が可変できるようラダー抵抗により構成されている。不揮発性メモリ111を集積回路110に内蔵することによって、回路ブロックの実装面積をコンパクトに保つことが可能である。
A feature of the present embodiment is that the
本実施例では、不揮発性メモリ111によって値が制御される抵抗は増幅抵抗a107であるが、増幅抵抗b108の値を制御する構成としても良いし、増幅抵抗a107と増幅抵抗b108の両方を制御する構成としても良い。 In this embodiment, the resistor whose value is controlled by the nonvolatile memory 111 is the amplification resistor a107, but the value of the amplification resistor b108 may be controlled, or both the amplification resistor a107 and the amplification resistor b108 are controlled. It is good also as a structure.
不揮発性メモリ111に格納する情報は、不揮発性メモリ111と接続された書込み端子114からシリアルデータを入力して書込む。シリアルデータの書込みフォーマットは、既に広く普及しているものが多種類あり、その中から適宜選択して採用すればよい。フォーマットの種類に応じて書込み端子114の本数も変わってくるが、一般に端子数が多い書込みフォーマットほど高速書込みが可能である。 Information to be stored in the nonvolatile memory 111 is written by inputting serial data from a write terminal 114 connected to the nonvolatile memory 111. There are many types of serial data writing formats that are already widely used, and any of these may be selected and adopted as appropriate. Although the number of write terminals 114 varies depending on the type of format, in general, a write format having a larger number of terminals can be written at a higher speed.
不揮発性メモリ111によって抵抗値を変化させる構成例を図2に示す。書込み端子114から書込まれた情報は、アドレス・データ制御回路202によりデコードされ、目的のメモリセル203に書込まれる。そしてメモリセル203の出力レベルにより、半導体スイッチ204が開閉されて、増幅抵抗a107が所望の抵抗値に変化する。
A configuration example in which the resistance value is changed by the nonvolatile memory 111 is shown in FIG. Information written from the write terminal 114 is decoded by the address /
不揮発性メモリ111としては、EEPROMやフラッシュROM等の書き換え可能なメモリと、OTPROMやヒューズROM等の1回書込みのメモリがあるが、どちらのタイプも本発明に使用可能である。 The nonvolatile memory 111 includes a rewritable memory such as an EEPROM and a flash ROM, and a once-write memory such as an OTPROM and a fuse ROM. Both types can be used in the present invention.
1回書込みのメモリを使用する場合は、書き換え可能な揮発性メモリと不揮発性メモリを組み合わせた構成とすることで、増幅率の正確な調整が可能になる。すなわち、増幅率調整工程では、揮発性メモリに情報を書込みながら、出力電圧をモニタして調整を行い、適正な増幅率が決まった時点で、その値を不揮発性メモリに書込む方法である。 When a once-write memory is used, the gain can be accurately adjusted by combining a rewritable volatile memory and a nonvolatile memory. That is, in the amplification factor adjustment step, the output voltage is monitored and adjusted while writing information to the volatile memory, and when an appropriate amplification factor is determined, the value is written to the nonvolatile memory.
揮発性メモリは、不揮発性メモリと比較して、データ書込み速度が格段に速いので、上記揮発性メモリと不揮発性メモリを組み合わせる構成は、書き換え可能な不揮発性メモリを使用する場合でも有用である。 Since the volatile memory has a data writing speed much faster than that of the nonvolatile memory, the configuration in which the volatile memory and the nonvolatile memory are combined is useful even when a rewritable nonvolatile memory is used.
図7は本発明の圧電センサと外部との接続端子部を示す図であり、図6に示す燃焼圧センサのリアハウジング609側の端部に接続端子部を設けた例である。図7(a)に示すように、センサの接続端子部はユーザー端子703(一般的に供給電源、供給GND、出力信号の3本である場合が多い。)が設けられた外部接続用コネクタ702を備えている。この外部接続用コネクタ702に、書込み端子114も併せて設けることで、センサ完成状態での増幅率データの書込みが可能になる。
FIG. 7 is a view showing a connection terminal portion between the piezoelectric sensor of the present invention and the outside, and is an example in which a connection terminal portion is provided at the end of the combustion pressure sensor shown in FIG. 6 on the
すなわち製造時の増幅率調整工程においては、ユーザー端子703と書込み端子114のすべてに導通が取られた、雌側コネクタを外部接続用コネクタ702と結合し、センサに圧力を加えた時の出力信号をユーザー端子703からモニタしながら、書込み端子114にデータを書込んで、増幅率の調整を行う。
That is, in the amplification factor adjustment process at the time of manufacture, the output signal when pressure is applied to the sensor by coupling the female connector with the
書込み端子114が使用されるのは、製造の増幅率調整工程のみであるが、図7(a)のコネクタの場合、ユーザーが使用する雌側ソケットにも書込み端子114に対応した非導通の結合穴が必要である。このためユーザー雌側ソケットの端子数が増え、コストが上昇してしまうという問題がある。 The write terminal 114 is used only in the manufacturing gain adjustment process, but in the case of the connector of FIG. 7A, the non-conductive coupling corresponding to the write terminal 114 is also applied to the female socket used by the user. A hole is required. For this reason, there is a problem that the number of terminals of the user female socket increases and the cost increases.
上記問題を解決するのが、図7(b)に示すコネクタの構造である。書込み端子114はユーザー端子703の終端より深い位置に設けられており、ユーザーは、ユーザー端子703のみに結合する3端子の雌コネクタを、そのまま使用することが可能である。製造の増幅率調整工程で使用される雌コネクタは、書込み端子114に導通結合可能な、ユーザー端子結合用より長い結合穴が設けられており、書込み端子114と電気的に導通させて、増幅率調整を行うことができる。
The structure of the connector shown in FIG. 7B solves the above problem. The write terminal 114 is provided at a position deeper than the end of the
なお上記では、センサ側が雄コネクタの場合について説明したが、センサ側が雌コネクタの場合も、全く同様に適用できる。また図7(a)および図7(b)では書込み端子は1本のみであるが、これが複数本であっても、同様に適用が可能である。 In the above description, the case where the sensor side is a male connector has been described, but the same applies to the case where the sensor side is a female connector. Further, in FIGS. 7A and 7B, only one write terminal is provided, but the present invention can be similarly applied even when there are a plurality of write terminals.
端子数の問題を解決する別の方法として、書込み端子とユーザー端子を兼用して、専用の書込み端子を不要にする構成が挙げられる。この方法に対応した集積回路の構成例を図8に示す。図8は、本実施例の増幅回路後段の別の例を示した図であり、増幅回路の前段については図1で示した圧電センサと同様の構成であるので省略している。増幅用演算アンプ109、増幅抵抗a107および増幅抵抗b108で構成される増幅回路の後段には、増幅用演算アンプ109の出力、不揮発性メモリ111と切り替え可能に接続され、兼用端子813と接続された電子スイッチ818が設けられている。また、集積回路110には、電源端子815を介して外部より常時電源電圧Vddが供給され、この常時電源電圧Vddと接続される電源モニタ回路816とを備えている。電源モニタ回路816は、常時電源電圧Vddをモニタしており、電源電圧Vddが規定値未満の場合は、電子スイッチ818を、増幅用演算アンプ109の出力と兼用端子813とを接続する方向に切り替え、逆に電源電圧Vddが規定値以上の場合は、電子スイッチ818を、不揮発性メモリ111の書込み端子と兼用端子813とを接続する方向に切り替える。
As another method for solving the problem of the number of terminals, there is a configuration in which a dedicated write terminal is unnecessary by using both the write terminal and the user terminal. An example of the configuration of an integrated circuit corresponding to this method is shown in FIG. FIG. 8 is a diagram showing another example of the latter stage of the amplifier circuit of the present embodiment, and the former stage of the amplifier circuit has the same configuration as the piezoelectric sensor shown in FIG. The output of the amplification
上記規定電圧を、ユーザーが使用する電源電圧範囲より高めに、(例えばユーザー電源電圧が4.5Vから5.5Vの場合、規定電圧を6.0Vに、)設定しておくことにより、ユーザーは兼用端子813を、常に出力端子として使用することができる。そして製造の増幅率調整工程においては、まず電源電圧Vddを規定値以上に上げて、不揮発性メモリ111に情報を書込み、次に電源電圧Vddを規定値未満のユーザー電源電圧に下げて、出力信号Voutの値をモニタするという手順で、増幅率の調整を行うことができる。
By setting the specified voltage higher than the power supply voltage range used by the user (for example, when the user power supply voltage is 4.5 V to 5.5 V, the specified voltage is set to 6.0 V), the user can The shared
なお上記では、書込み端子が1本の場合について述べているが、電源端子自身を兼用端子とすることで、書込み端子2本の場合でも同様に適用が可能である。 In the above description, the case of one write terminal is described. However, the present invention can be similarly applied to the case of two write terminals by using the power supply terminal itself as a shared terminal.
次に、本発明の圧電センサの別の実施例を説明する。図9は本発明の圧電センサの別の実施例を示す図である。以下、図1に示した実施例1と共通な部分については説明を省略し、本実施例の特徴的な構成について説明する。また、図1に示す実施例1と共通な構成については同一の符号を用い説明する。 Next, another embodiment of the piezoelectric sensor of the present invention will be described. FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the piezoelectric sensor of the present invention. Hereinafter, description of parts common to the first embodiment shown in FIG. 1 will be omitted, and a characteristic configuration of the present embodiment will be described. In addition, the same reference numerals are used for the components common to the first embodiment shown in FIG.
本実施例では、集積回路110内に増幅抵抗a107と基準電圧源906に接続され、増幅回路の増幅率を決定する情報、および基準電圧源906のオフセット電圧を決定する情報を記憶する不揮発性メモリ911を備え、不揮発性メモリ911に書込まれた情報により、増幅抵抗a107の値または基準電圧源906のオフセット電圧の少なくとも一方が制御されて、検知信号の増幅率を可変することができる。
In this embodiment, the
基準電圧源906から出力される基準電圧VRは、出力信号Voutの直流オフセット電圧を規定する。通常この基準電圧VRは一定であるが、図9に示すように、不揮発性メモリ911の内容によって、基準電圧VRの値を可変にできるようにすることで、より付加価値の高い燃焼圧センサを提供することができる。
The reference voltage VR output from the reference voltage source 906 defines the DC offset voltage of the output signal Vout. Normally, the reference voltage VR is constant. However, as shown in FIG. 9, by making the value of the reference voltage VR variable according to the contents of the
基準電圧VRを可変にする目的の一つは、ユーザーによって、または機種によって必要とする直流オフセット電圧が異なる場合である。オフセット電圧値があらかじめわかっている場合、その値に合わせた集積回路を用意したり、可変抵抗で基準電圧値を調整したりすることも可能であるが、集積回路110に内蔵された不揮発性メモリ911によって、オフセット電圧値を合わせ込むことができれば、異なった機種に対しても、同一の集積回路を使用することが可能になり、また手作業での可変抵抗調整といった手間もかからない。
One purpose of making the reference voltage VR variable is when the DC offset voltage required varies depending on the user or the model. When the offset voltage value is known in advance, an integrated circuit corresponding to the offset voltage value can be prepared, or the reference voltage value can be adjusted with a variable resistor. However, a nonvolatile memory built in the
基準電圧VRを可変にするもう一つの目的は、基準電圧の微調整である。一般に基準電圧源は、半導体の製造ばらつきの影響を受けにくいバンドギャップレギュレータで構成されることが多いが、それでも集積回路のロット間やロット内で、数ミリボルトから数十ミリボルトの電圧バラつきが発生する。 Another object of making the reference voltage VR variable is fine adjustment of the reference voltage. In general, the reference voltage source is often composed of a band gap regulator that is not easily affected by variations in semiconductor manufacturing. .
ユーザー側でこのようなオフセット電圧ばらつきが許容できない場合は、基準電圧を微調整してばらつきを抑制する必要がある。圧力信号を入力しない場合、出力信号Voutは、直流オフセット電圧が出力されるので、出力信号Voutをモニタしながら、不揮発性メモリ911にデータを書込むことで、基準電圧の微調整を行うことができる。
When such a variation in offset voltage cannot be allowed on the user side, it is necessary to finely adjust the reference voltage to suppress the variation. When no pressure signal is input, a DC offset voltage is output as the output signal Vout. Therefore, the reference voltage can be finely adjusted by writing data to the
基準電圧を可変する回路構成例を図10に示す。基準電圧源906は、バンドギャップレギュレータ1001と演算アンプ1002、2つの可変抵抗1003、1004から構成されている。バンドギャップレギュレータ1001の出力は、演算アンプ1002の正側入力端子と可変抵抗1003を介してGND電位と接続され、演算アンプ1002の負側入力端子と出力端子との間には可変抵抗1004が接続されている。可変抵抗1003、1004は不揮発性メモリ911と接続されている。
An example of a circuit configuration for changing the reference voltage is shown in FIG. The reference voltage source 906 includes a
バンドギャップレギュレータ1001から出力された電圧VBは、演算アンプ1002と2つの可変抵抗1003および1004によって、基準電圧VRに変換される。不揮発性メモリ911からの信号により、可変抵抗1003および1004の抵抗値を制御することで、基準電圧VRの値を調節することが可能になる。
The voltage VB output from the
上記した直流オフセット電圧を変える2つの目的、機種ごとの変更、および微調整では、調整の精度および調整幅が大きく異なる。このため両方の調整ができるようにするためには、可変抵抗を2組用意して、粗調と微調が別々に制御できるようにした方が良い。 In the above-described two purposes of changing the DC offset voltage, the change for each model, and the fine adjustment, the adjustment accuracy and the adjustment range are greatly different. For this reason, in order to be able to perform both adjustments, it is better to prepare two sets of variable resistors so that coarse adjustment and fine adjustment can be controlled separately.
圧電センサとしての自動車用エンジン燃焼圧センサには、出力電圧クリップ機能が求められる場合がある。これはあらかじめ定められた上限および下限電圧を越える電圧に対して、電圧クリップ制御を働かせ、センサからは必ず電圧下限から上限の範囲内の電圧が出力されるようにする機能であり、センサの故障診断に使われる。もしクリップ電圧範囲外の電圧が、センサ出力を受けるエンジン側ECUでモニタされた場合は、センサの故障や、ケーブル断線等の異常事態の発生が想定される。 An automotive engine combustion pressure sensor as a piezoelectric sensor may require an output voltage clipping function. This is a function that makes voltage clipping control work for voltages that exceed the predetermined upper and lower limit voltages, so that the sensor always outputs a voltage within the range from the lower limit to the upper limit. Used for diagnosis. If the voltage outside the clip voltage range is monitored by the engine-side ECU that receives the sensor output, an abnormal situation such as sensor failure or cable disconnection is assumed.
図11はクリップ機能を持った燃焼圧センサを説明するための図であり、(a)はクリップ機能を持った燃焼圧センサの出力電圧の例を示したグラフであり、(b)は電圧クリップ回路の例を示す図である。図11(a)において、実線が出力電圧を示しており、波形がクリップ上限電圧を越えた場合は、電圧が上限電圧にクリップされて出力されることを示している。 FIG. 11 is a diagram for explaining a combustion pressure sensor having a clip function, wherein (a) is a graph showing an example of an output voltage of the combustion pressure sensor having a clip function, and (b) is a voltage clip. It is a figure which shows the example of a circuit. In FIG. 11A, the solid line indicates the output voltage, and when the waveform exceeds the clip upper limit voltage, the voltage is clipped to the upper limit voltage and output.
図11(b)は、バイポーラトランジスタを使った電圧クリップ回路の一例を示す回路図で、増幅回路出力に対し図中上段が上限クリップ回路であり、下段が下限クリップ回路を示す。 FIG. 11B is a circuit diagram showing an example of a voltage clipping circuit using bipolar transistors. The upper stage in the figure is the upper limit clipping circuit and the lower stage is the lower limit clipping circuit with respect to the output of the amplifier circuit.
上限クリップ回路は、電源電圧Vdd(不図示)とGND間に直列接続された抵抗1105、1106の接続点にnpnトランジスタのゲートが接続され、npnトランジスタのコレクタは電源電圧Vddに、エミッタは抵抗を介してGNDと接続されている。npnトランジスタのエミッタは、pnpトランジスタのベースに接続されている。そして、pnpトランジスタのコレクタはGNDへ、エミッタは増幅回路出力線へ接続されている。抵抗1105、1106の分圧電圧にnpnトランジスタのベース・エミッタ間電圧を引き、pnpトランジスタのベース・エミッタ間電圧を加えたものが最大規定電圧とした構成である。 In the upper limit clipping circuit, the gate of the npn transistor is connected to the connection point of resistors 1105 and 1106 connected in series between a power supply voltage Vdd (not shown) and GND, the collector of the npn transistor is connected to the power supply voltage Vdd, and the emitter is connected to the resistor. And is connected to GND. The emitter of the npn transistor is connected to the base of the pnp transistor. The collector of the pnp transistor is connected to GND, and the emitter is connected to the amplifier circuit output line. The voltage obtained by subtracting the base-emitter voltage of the npn transistor from the divided voltage of the resistors 1105 and 1106 and adding the base-emitter voltage of the pnp transistor is the maximum specified voltage.
また下側クリップ回路は、電源電圧Vdd(不図示)とGND間に直列接続された抵抗1107、1108の接続点にpnpトランジスタのゲートが接続され、pnpトランジスタのコレクタはGNDへ、エミッタは抵抗を介して電源電圧Vddと接続されている。pnpトランジスタのエミッタは、npnトランジスタのベースに接続されている。そして、npnトランジスタのコレクタは電源電圧Vddへ、エミッタは増幅回路出力線へ接続されている。抵抗1107、1108の分圧電圧がほぼ最小規定電圧と等しくなる構成となっている。 In the lower clip circuit, the gate of a pnp transistor is connected to the connection point of resistors 1107 and 1108 connected in series between a power supply voltage Vdd (not shown) and GND, the collector of the pnp transistor is connected to GND, and the emitter is connected to a resistor. And is connected to the power supply voltage Vdd. The emitter of the pnp transistor is connected to the base of the npn transistor. The collector of the npn transistor is connected to the power supply voltage Vdd, and the emitter is connected to the amplifier circuit output line. The divided voltages of the resistors 1107 and 1108 are substantially equal to the minimum specified voltage.
通常クリップ電圧は一定であるが、実施例2で述べたオフセット電圧と同様、不揮発性メモリの内容によって、可変にできるようにすることで、より付加価値の高い燃焼圧センサを提供することができる。図12に構成例を示す。 Normally, the clipping voltage is constant, but like the offset voltage described in the second embodiment, by making it variable according to the contents of the nonvolatile memory, a combustion pressure sensor with higher added value can be provided. . FIG. 12 shows a configuration example.
クリップ電圧を可変にする目的は、実施例2で述べたオフセット電圧と同様、機種による設定の違いをカバーすることと、微調整への対応である。図11(b)に示したクリップ回路の場合、抵抗1105、1006、1107、1108の値を変えることで、クリップ電圧を変化させることができる。図12は本発明の圧電センサの別の実施例を示す図である。以下、図1、図9に示した実施例1、実施例2と共通な部分については説明を省略し、本実施例の特徴的な構成について説明する。また、図1に示す実施例1と共通な構成については同一の符号を用い説明する。本実施例では、集積回路110内であり、増幅回路の後段にクリップ回路1215と、不揮発性メモリ1211が設けられている。不揮発性メモリ1211は、増幅抵抗a107、基準電圧源906およびクリップ回路1215と接続され、増幅回路の増幅率を決定する情報、基準電圧源906のオフセット電圧を決定する情報、およびクリップ回路1215のクリップ電圧を決定する情報を記憶し、不揮発性メモリ1211に書込まれた情報により、増幅抵抗a107の値、基準電圧源906のオフセット電圧またはクリップ回路1215のクリップ電圧の少なくとも一つが制御されて、検知信号の増幅率を可変することができる。クリップ回路1215のクリップ電圧を制御するには、クリップ回路1215を図11(b)に示す電圧クリップ回路における抵抗1105、1106、1107、1108のいずれかを可変抵抗とし、不揮発性メモリ1211に記憶された情報によってクリップ回路1215内の抵抗値を変化させればよい。
Similar to the offset voltage described in the second embodiment, the purpose of making the clip voltage variable is to cover the difference in setting depending on the model and to cope with fine adjustment. In the case of the clip circuit shown in FIG. 11B, the clip voltage can be changed by changing the values of the resistors 1105, 1006, 1107, and 1108. FIG. 12 is a diagram showing another embodiment of the piezoelectric sensor of the present invention. Hereinafter, description of the parts common to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 and 9 will be omitted, and the characteristic configuration of the present embodiment will be described. In addition, the same reference numerals are used for the components common to the first embodiment shown in FIG. In this embodiment, a clip circuit 1215 and a nonvolatile memory 1211 are provided in the
以上、本発明について3つの実施例に基づき説明してきたが、本発明の圧電センサはこの実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において上述した実施例に種々の変更を加えたものも含む。 Although the present invention has been described based on the three embodiments, the piezoelectric sensor of the present invention is not limited to this embodiment, and various modifications can be made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention. Including those with.
101、301、501…圧電素子、102、302…直流遮断容量、103、303、503…放電抵抗、104、304、504…充電容量、105、305、505…積分用演算アンプ、106、306、506、906…基準電圧源、107、307、507…増幅抵抗a、108、308、508…増幅抵抗b、109、309、509…増幅用演算アンプ、110、310…集積回路、111、911、1211…不揮発性メモリ、112、312…フィードバック端子、113、313…信号出力端子、114…書込み端子、115、315…信号入力端子、202…アドレス・データ制御回路、203…メモリセル、204…半導体スイッチ、601…ダイヤフラムヘッド、602…固定ネジ、603…フロントハウジング、604…圧電素子、605…導線、606…回路基板、607…回路ケース、609…リアハウジング、702…外部接続用コネクタ、703…ユーザー端子、813…兼用端子、815…電源端子、816…電源モニタ回路、818…電子スイッチ、1001…バンドギャップレギュレータ、1002…演算アンプ、1003、1004…可変抵抗、1105、1106、1107、1108…抵抗、1215…クリップ回路
101, 301, 501: Piezoelectric element, 102, 302: DC blocking capacity, 103, 303, 503: Discharge resistance, 104, 304, 504 ... Charging capacity, 105, 305, 505 ... Operational amplifier for integration, 106, 306, 506, 906: Reference voltage source, 107, 307, 507 ... Amplification resistors a, 108, 308, 508 ... Amplification resistors b, 109, 309, 509 ... Amplification operational amplifiers, 110, 310 ... Integrated circuits, 111, 911, 1211: Non-volatile memory, 112, 312 ... Feedback terminal, 113, 313 ... Signal output terminal, 114 ... Write terminal, 115, 315 ... Signal input terminal, 202 ... Address / data control circuit, 203 ... Memory cell, 204 ... Semiconductor Switch, 601 ... Diaphragm head, 602 ... Fixing screw, 603 ...
Claims (9)
前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、
前記増幅回路の増幅率を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、
前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源および前記メモリを内部に収容する筐体と、
一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子と
を備える圧電センサ。 A piezoelectric element for detecting pressure;
An integration circuit that integrates the current signal output from the piezoelectric element and converts it into a voltage signal;
An amplifying circuit for amplifying the output of the integrating circuit and outputting to the outside;
A reference voltage source defining an offset voltage of the output signal output from the amplifier circuit;
A writable memory for storing information for setting the amplification factor of the amplifier circuit;
A housing housing the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source and the memory;
With one end connected to said memory internally housed in the housing, the other end is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, Ru and a write terminal for writing the information in the memory Piezoelectric sensor.
前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することThe memory stores information on the variable resistor.
を特徴とする請求項1に記載の圧電センサ。The piezoelectric sensor according to claim 1.
前記メモリは、前記オフセット電圧を設定するための前記他の可変抵抗の情報をさらに記憶することThe memory further stores information of the other variable resistor for setting the offset voltage.
を特徴とする請求項2に記載の圧電センサ。The piezoelectric sensor according to claim 2.
前記クリップ回路は、クリップ電圧を設定するための別の可変抵抗を有しており、The clip circuit has another variable resistor for setting a clip voltage,
前記メモリは、前記クリップ電圧を設定するための前記別の可変抵抗の情報をさらに記憶することThe memory further stores information of the another variable resistor for setting the clip voltage.
を特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の圧電センサ。The piezoelectric sensor according to any one of claims 1 to 3.
前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、
前記基準電圧源の前記オフセット電圧を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、
前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源および前記メモリを内部に収容する筐体と、
一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子と
を備える圧電センサ。 A piezoelectric element for detecting pressure;
An integration circuit that integrates the current signal output from the piezoelectric element and converts it into a voltage signal;
An amplifying circuit for amplifying the output of the integrating circuit and outputting to the outside;
A reference voltage source defining an offset voltage of the output signal output from the amplifier circuit;
A writable memory for storing information for setting the offset voltage of the reference voltage source;
A housing housing the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source and the memory;
With one end connected to said memory internally housed in the housing, the other end is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, Ru and a write terminal for writing the information in the memory Piezoelectric sensor.
前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することThe memory stores information on the variable resistor.
を特徴とする請求項6に記載の圧電センサ。The piezoelectric sensor according to claim 6.
前記圧電素子から出力された電流信号を積分して電圧信号に変換する積分回路と、
前記積分回路の出力を増幅し、外部に出力する増幅回路と、
前記増幅回路から出力された出力信号のオフセット電圧を規定する基準電圧源と、
前記増幅回路の出力を規定範囲に制限するためのクリップ回路と、
前記クリップ回路のクリップ電圧を設定する情報を記憶する書込み可能なメモリと、
前記圧電素子、前記積分回路、前記増幅回路、前記基準電圧源、前記クリップ回路および前記メモリを内部に収容する筐体と、
一端が前記筐体の内部に収容された前記メモリに接続されるとともに、他端が当該筐体の外部に露出するように配置され、前記情報を当該メモリに書き込むための書込み端子と
を備える圧電センサ。 A piezoelectric element for detecting pressure;
An integration circuit that integrates the current signal output from the piezoelectric element and converts it into a voltage signal;
An amplifying circuit for amplifying the output of the integrating circuit and outputting to the outside;
A reference voltage source defining an offset voltage of the output signal output from the amplifier circuit;
A clip circuit for limiting the output of the amplifier circuit to a specified range;
A writable memory for storing information for setting a clip voltage of the clip circuit;
A housing housing the piezoelectric element, the integrating circuit, the amplifier circuit, the reference voltage source, the clip circuit, and the memory;
With one end connected to said memory internally housed in the housing, the other end is arranged so as to be exposed to the outside of the housing, Ru and a write terminal for writing the information in the memory Piezoelectric sensor.
前記メモリは、前記可変抵抗の情報を記憶することThe memory stores information on the variable resistor.
を特徴とする請求項8に記載の圧電センサ。The piezoelectric sensor according to claim 8.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016060213 | 2016-03-24 | ||
| JP2016060213 | 2016-03-24 | ||
| PCT/JP2017/011258 WO2017164183A1 (en) | 2016-03-24 | 2017-03-21 | Piezoelectric sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO2017164183A1 JPWO2017164183A1 (en) | 2019-01-31 |
| JP6496080B2 true JP6496080B2 (en) | 2019-04-03 |
Family
ID=59899507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018507342A Active JP6496080B2 (en) | 2016-03-24 | 2017-03-21 | Piezoelectric sensor |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11506555B2 (en) |
| EP (1) | EP3435052B1 (en) |
| JP (1) | JP6496080B2 (en) |
| CN (1) | CN108885151A (en) |
| WO (1) | WO2017164183A1 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020084804A (en) * | 2018-11-19 | 2020-06-04 | 株式会社ミクニ | Pressure detection signal processing device, engine control system and program |
| CN109857287B (en) * | 2019-02-18 | 2022-03-29 | 广东小天才科技有限公司 | Input device, scribing length obtaining method, device and storage medium |
| CN113904308B (en) * | 2021-10-13 | 2022-06-14 | 山东大学 | A protection circuit and sensing method for short circuit of piezoelectric sensor |
| WO2025028142A1 (en) * | 2023-08-02 | 2025-02-06 | 株式会社村田製作所 | Circuit device, sensor device, and determination device |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4951236A (en) | 1986-05-05 | 1990-08-21 | Texas Instruments Incorporated | Low cost high precision sensor |
| DE3786487T2 (en) * | 1986-05-05 | 1993-11-18 | Texas Instruments Inc | High precision sensor. |
| US4982351A (en) | 1986-05-05 | 1991-01-01 | Texas Instruments Incorporated | Low cost high precision sensor |
| US5051937A (en) | 1986-05-05 | 1991-09-24 | Texas Instruments Incorporated | Low cost high precision sensor |
| JP2720718B2 (en) | 1992-07-09 | 1998-03-04 | 株式会社デンソー | Semiconductor sensor device |
| JPH11148878A (en) | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Jeco Co Ltd | Drift reduction circuit of pressure sensor and reset system |
| JP2001186771A (en) * | 1999-10-15 | 2001-07-06 | Seiko Epson Corp | Chopper circuit, chopper circuit control method, chopper-type charging circuit, electronic device, and timing device |
| US6424211B1 (en) * | 2000-06-26 | 2002-07-23 | Microchip Technology Incorporated | Digital trimming of OP AMP offset voltage and quiescent current using non-volatile memory |
| US7180798B2 (en) * | 2001-04-12 | 2007-02-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor physical quantity sensing device |
| JP2005308503A (en) | 2004-04-20 | 2005-11-04 | Toyoda Mach Works Ltd | Semiconductor sensor |
| JP2006078379A (en) * | 2004-09-10 | 2006-03-23 | Tgk Co Ltd | Pressure sensor and manufacturing method therefor |
| JP2009115484A (en) | 2007-11-02 | 2009-05-28 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | Combustion pressure detection device of internal combustion engine |
| JP2010154394A (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Citizen Finetech Miyota Co Ltd | Charge amplifier circuit |
| JP5883290B2 (en) * | 2011-12-28 | 2016-03-09 | シチズンファインデバイス株式会社 | Pressure detecting device and charge amplifier circuit |
| JP5901982B2 (en) * | 2012-01-30 | 2016-04-13 | シチズンファインデバイス株式会社 | Detection system and detection device |
| JP2014102115A (en) * | 2012-11-19 | 2014-06-05 | Saginomiya Seisakusho Inc | Pressure detection unit and method for manufacturing the same |
| JP6348573B2 (en) * | 2014-03-27 | 2018-06-27 | シチズンファインデバイス株式会社 | Pressure detection device |
| WO2015147058A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | Pressure-detecting device |
| WO2015147060A1 (en) * | 2014-03-27 | 2015-10-01 | シチズンファインテックミヨタ株式会社 | Pressure-detecting device |
| JP6370151B2 (en) | 2014-07-31 | 2018-08-08 | エイブリック株式会社 | Semiconductor integrated circuit device and output voltage adjusting method thereof |
-
2017
- 2017-03-21 CN CN201780018579.6A patent/CN108885151A/en active Pending
- 2017-03-21 US US16/086,402 patent/US11506555B2/en active Active
- 2017-03-21 EP EP17770225.5A patent/EP3435052B1/en active Active
- 2017-03-21 JP JP2018507342A patent/JP6496080B2/en active Active
- 2017-03-21 WO PCT/JP2017/011258 patent/WO2017164183A1/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11506555B2 (en) | 2022-11-22 |
| EP3435052A1 (en) | 2019-01-30 |
| WO2017164183A1 (en) | 2017-09-28 |
| CN108885151A (en) | 2018-11-23 |
| EP3435052B1 (en) | 2023-01-04 |
| EP3435052A4 (en) | 2019-10-30 |
| US20190086281A1 (en) | 2019-03-21 |
| JPWO2017164183A1 (en) | 2019-01-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6496080B2 (en) | Piezoelectric sensor | |
| US10983187B2 (en) | Measuring bridge arrangement with improved error detection | |
| CN106878893B (en) | System and method for sensor-supported microphones | |
| EP3985368B1 (en) | Temperature measurement circuit, temperature and light intensity measurement circuit, temperature measurement method and temperature and light intensity measurement method | |
| US11193844B2 (en) | Sensor with multiple modes or ranges | |
| US20170131366A1 (en) | Magnetic sensor | |
| JP4390716B2 (en) | Voltage supply circuit, microphone unit and method for adjusting sensitivity of microphone unit | |
| JP4764996B2 (en) | Semiconductor physical quantity sensor device | |
| US8290748B2 (en) | Sensor interface with integrated current measurement | |
| US6628147B2 (en) | Comparator having reduced sensitivity to offset voltage and timing errors | |
| US7180798B2 (en) | Semiconductor physical quantity sensing device | |
| JP2896371B2 (en) | Pressure sensor | |
| US10264363B2 (en) | MEMS microphone with improved sensitivity | |
| JP2006078379A (en) | Pressure sensor and manufacturing method therefor | |
| CN110290447B (en) | Direct current bias unit, microphone working circuit and microphone control chip | |
| JP3963115B2 (en) | Semiconductor physical quantity sensor device | |
| KR101475263B1 (en) | Startup circuit, amplifying device for capacitor sensor having the startup circuit and startup method therefor | |
| JP3937951B2 (en) | Sensor circuit | |
| JP3188669B2 (en) | Electrical measurement circuit | |
| JP2021148521A (en) | Voltage detection circuit | |
| US7551005B2 (en) | Output circuit and current source circuit used in the same | |
| JP2002131146A (en) | Physical quantity detection device and adjustment method thereof | |
| JP2017078646A (en) | Sensor using bridge type sensor element, and bottom side voltage adjustment circuit of sensor element | |
| CN116368094A (en) | Semiconductor integrated circuit device and microphone module using the semiconductor integrated circuit device | |
| JP2021189109A (en) | Sensor drive circuit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180918 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181225 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190213 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190226 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190307 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6496080 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |